ПЕЧЕЙ И ТОПОК ТЕХНОЛОГИЯ - применение науки о горении к сжиганию топлив в промышленных условиях. Профессиональные навыки инженера-теплотехника требуются в различных практических применениях, начиная от домашних печей и автомобильных двигателей и кончая огромными тепловыми электростанциями на ископаемых органических топливах, которые покрывают основную часть мировой потребности в электроэнергии. Технология печей и топок тесно связана с химией горения топлив, газодинамикой и процессами теплопередачи, а также принципами конструирования тепловых машин. Задачи, стоящие перед инженером-теплотехником. Инженер-теплотехник занимается общей проблемой сжигания того или иного конкретного топлива в каком-либо конкретном топочном устройстве. Это топочное устройство может быть промышленной печью, цилиндром автомобильного двигателя либо камерой сгорания ракетного двигателя. Факторы, которые приходится учитывать или рассчитывать инженеру-теплотехнику в своей работе, включают свойства топлива, его хранение, подготовку к сжиганию и подачу; расход подаваемого воздуха; насосы, воздуходувки, вентиляторы и дымовые трубы; давление подачи топлива, воздуха и продуктов сгорания в печи; температуры печи и газов; конструкцию и рабочие характеристики печи и топочного устройства; параметры пламени; высвобождающееся тепло; свойства конструкционных материалов при высоких температурах; тип и параметры системы автоматического управления процессом; защитные устройства и обеспечение требуемой производительности агрегата.

Расход подаваемого воздуха. Для организации эффективного процесса сжигания топлива нужно знать количество воздуха, необходимое для его сгорания, т.е. для полного окисления содержащихся в нем углерода и водорода. Количество воздуха (окислителя), необходимое для полного сгорания топлива, определяемое теорией горения, называется стехиометрическим. Например, согласно стехиометрии для полного сгорания 1 кг топочного мазута требуется 11,8 м3 воздуха при атмосферном давлении. Если подать меньше воздуха, то сгорание будет неполным. На практике в топку обычно подают избыток воздуха, чтобы обеспечить полное сгорание.

Потоки топлива, жидкостей и газов. Проблемы течения жидкостей, газов и сыпучих тел первостепенно важны в теплотехнике. Оптимальные расходы топлива, воздуха, теплоносителя и охладителя должны поддерживаться во всех процессах горения и теплопередачи. Для решения этих проблем инженер-теплотехник конструирует горелки и топочные устройства, дымовые трубы и теплообменники и использует насосы, воздуходувки и вентиляторы. Поддержание нужных параметров жидкостных и газовых потоков - одна из его особых забот.

Теплопередача. Перенос тепловой энергии в топочных устройствах и печах происходит посредством излучения, теплопроводности и конвекции (см. также ТЕПЛОТА). Чтобы приносить максимальную пользу, эта энергия должна передаваться с минимальными потерями; кроме того, надо не допускать перегрева устройств, чтобы не вызвать повреждения горелок, стенок топок, труб котлов и прочего теплотехнического оборудования.

Конструирование. Инженер-теплотехник конструирует печи, котлы, горелки, теплообменники и уловители продуктов сгорания. Помимо конструирования тепловых машин и агрегатов, он должен знать строительное дело и материаловедение.

Топочные устройства. Многие типы топочных устройств и камер сгорания используются в промышленности. Например, в мартеновских печах предусмотрены обширные теплонапряженные зоны для расплавления чугуна и стального лома. Для придания материалам нужных свойств можно использовать обжиговые печи при наличии прямого контакта с пламенем или без него; они применяются в производстве таких изделий, как стекло, кирпич и керамика. В топках котлов сжигаются твердые, жидкие и газообразные топлива для нагрева и испарения воды в паровых котлах с разнообразными целями, например для обогрева помещений и производства электроэнергии. В камерах сгорания двигателей, например, турбореактивных самолетов, при сгорании топлива в атмосферном воздухе непосредственно образуется горячее газообразное рабочее тело двигателя. Этот процесс также используется в ракетных двигателях, где горячие продукты сгорания горючего и окислителя, запасенных на борту ракеты, истекают из сопла, создавая тягу.

Топлива. Твердые топлива, например уголь, сжигаются в форме крупных кусков на решетках или измельчаются перед сжиганием в пыль - это зависит от их конкретного применения. Неизмельченный каменный уголь может вначале подвергаться частичному окислению с образованием горючих газов, которые затем сжигаются после смешивания с вторичным воздухом. Оптимальный избыток вторичного воздуха в этом случае составляет 25% или более. Измельченный уголь, с другой стороны, часто вводится в топочное устройство сразу с таким количеством воздуха, которое обеспечивает эффективное сжигание. Топочный мазут и природный газ широко используются в промышленных печах. При подаче в топку мазут и другие жидкие топлива обычно распыляются под давлением. Газообразные топлива могут смешиваться с воздухом как перед введением в камеру сгорания, так и после него в зависимости от свойств топлива и того, как организуется процесс горения.

Экономия энергии и борьба с загрязнением. Одна из главных забот современного инженера-теплотехника - эффективное использование топлива и защита окружающей среды. В связи с удорожанием нефти и природного газа назрела необходимость использовать в процессах сжигания вместо них, если это возможно, более распространенный в земной коре уголь. Переход от сжигания нефти или газа на сжигание угля - трудная для инженера-теплотехника задача. Он должен также заботиться о том, чтобы природные топливные ресурсы не растрачивались впустую из-за неполного сгорания топлива или потерь тепла. Побочные продукты горения также являются предметом заботы инженеров. В теплоэнергетике приходится идти на значительные затраты энергии и средств, чтобы уменьшить вредные выбросы из печей с помощью огромных пылеуловителей с фильтрами и электростатических осадителей. См. также

КОТЕЛ ПАРОВОЙ;

ТОПЛИВО;

РАКЕТА.

ЛИТЕРАТУРА

Хазмалян Д.М. Теория горения и топочные устройства. М., 1976 Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки. М., 1986

Составить слова из слова печей и топок технология

ФОРСУНКИ И ГОРЕЛКИ - устройства, используемые для подготовки жидкого топлива к горению, которая заключается в доведении топлива до такого состояния, в котором оно легко перемешивается с воздухом (окислителем). Для подготовки к горению топливо измельчается путем распыления или испаряется посредством нагревания. В соответствии с этим выделяют два класса топливных форсунок - распыливающие и испарительные. Последние называются также горелками. Подготовленное топливо подводится в зону горения, причем форсуночное устройство должно обеспечивать одновременную подачу нужных количеств топлива и воздуха и их равномерное перемешивание. Автоматические топливные форсунки и горелки, которые используются, например, в системах отопления и бытовых теплонагревающих агрегатах, регулируются в соответствии с командами системы управления. Они поджигают перемешанную смесь топлива с воздухом и поддерживают горение до тех пор, пока от системы управления не поступит команда на отключение.

УСТАНОВКА ДЛЯ ОБОГРЕВА жилого дома, работающая на жидком топливе. Слева показана схема нагревательной системы, включающей паровой котел и встроенный топливный бак; справа приведена более детализированная схема пневматического форсуночного устройства высокого давления. 1 - комнатный терморегулятор; 2 - трехжильный электрокабель сети низкого напряжения; 3 - гибкий трубопровод; 4 - вытяжное устройство с регулятором; 5 - ограничитель; 6 - паровой котел; 7 - водонагреватель; 8 - жесткий трубопровод; 9 - вентиляционная труба; 10 - рубильник (монтируется около входа в подвальное помещение); 11 - питание 110 В; 12 - топливозаправочная труба; 13 - уровень земли; 14 - манометр; 15 - топливный бак; 16 - подводящий трубопровод; 17 - топливный клапан; 18 - электроды системы зажигания; 19 - сопло; 20 - изоляторы; 21 - воздухопровод; 22 - электропровода; 23 - топливопровод; 24 - двигатель; 25 - нагнетатель воздуха; 26 - трансформатор системы зажигания; 27 - подвод воздуха; 28 - подача топлива.

Особенности применения. Топливные форсунки находят применение повсюду, где могут быть использованы нефтепродукты, пригодные для сгорания. Наибольшее применение топливные форсунки находят в теплоэнергетике и промышленных технологических процессах. При сгорании нефтепродуктов образуются газы, состоящие главным образом из двуокиси углерода, водяного пара и азота, которые химически неактивны и не оставляют золы. По этой причине топливные форсунки и горелки могут применяться в процессах тонкой химической технологии, связанных с подводом тепла. При использовании высокоэффективных топливных форсунок и подходящих топлив продукты сгорания, приходя в соприкосновение с пищевыми продуктами, не загрязняют их. Так, работающие на жидком топливе зерносушилки производят сушку большей части годового урожая зерна, причем в таких сушильных камерах получают более высококачественное зерно и с меньшей долей брака, чем зерно, подвергнутое сушке в естественных условиях.

Распыливающие форсунки. Подготовка топлива в распыливающей форсунке представляет собой измельчение топлива и превращение его в аэрозоль. Существуют различные типы форсунок, из которых наиболее часто применяются пневматические струйные, вихревые и с вращающимся распылителем.

Пневматические форсунки. В типичную систему подачи пневматического форсуночного устройства высокого давления входят воздушный нагнетатель, топливный насос, фильтр и клапан регулирования давления. При запуске системы насос выкачивает топливо из бака и через фильтр подводит его к клапану регулирования давления, который открывается, когда давление достигает заданного уровня (ФОРСУНКИ И ГОРЕЛКИ0,7 МПа), и топливо поступает в распылитель форсуночного устройства. Распылитель форсунки высокого давления имеет от двух до шести тангенциальных топливных каналов в зависимости от производительности агрегата. Через каналы топливо поступает в полость распылителя, закручивается и выбрасывается через сопло. Топливо распыливается, образуя туман из мелких капелек, и поступает в зону горения, куда подается и воздух. Искровое устройство воспламенения генерирует разряд, который воспламеняет смесь воздуха с топливом. При этом внутри камеры сгорания со стенками, изготовленными из жаростойкого материала, образуется факел пламени, а поток продуктов сгорания используется в соответствующей теплогенерирующей установке. Пневматические форсунки низкого давления по своей конструкции аналогичны вышеописанным, а их принцип действия до некоторой степени аналогичен работе краскопульта. Давление, при котором жидкое топливо поступает в распылитель, обычно не намного выше атмосферного.

Форсунки с вращающимся распылителем. В таком форсуночном устройстве закручивание топлива осуществляется вращением корпуса распылителя. При выбрасывании топлива через радиальные сопла чашечного распылителя в воздушный поток образуется кольцевой плоский фронт пламени. В трубчатом распылителе топливо рассеивается параллельно оси форсунки и воздушного потока, образуя удлиненный факел. Форсуночные устройства этого типа обычно используются в промышленных установках. В зависимости от тепловой мощности агрегата расход топлива может составлять от нескольких литров в час до нескольких сотен и даже тысяч литров в час.

Горелки. В форсунках испарительного типа (горелках) топливо перед сжиганием нагревается до испарения в капиллярных фитилях либо на металлической поверхности.

Капиллярные горелки. В капиллярных горелках имеется регулируемый фитиль, помещенный в перфорированную металлическую оболочку. Нижний конец фитиля погружают в емкость с жидким топливом (керосином). Под действием капиллярных сил топливо поднимается к верхнему концу фитиля. Пламя от спички, поднесенной к концу фитиля, испаряет топливо и вызывает его воспламенение. Требуемый размер факела горения регулируется выдвижением фитиля. Горелки капиллярного типа наиболее широко используются в портативных нагревателях и в небольших печах для выпечки теста. Зажигание и регулирование пламени осуществляются вручную.

Капсульные горелки. В горелках капсульного типа используется фитиль из асбестового волокна, имеющий трубчатую форму. Конец фитиля погружен в канал с жидким топливом. Оболочка каждого из этих каналов выполнена в виде капсулы из термостойкого металла; капсулы образуют блоки. Чтобы такая горелка начала работать, убирают заслонку, открывая доступ жидкому топливу из трубопровода в каналы горелки, и топливо насыщает фитильные трубки. Затем горелка зажигается, и постепенно внутри капсул аккумулируется тепло. Скорость испарения топлива при этом увеличивается, и пламя заполняет все пространство между капсулами, образуя сплошной фронт горения над ними. Наилучшим топливом для капсульных горелок также является керосин. Зажигание и регулирование пламени осуществляются вручную.

Горелки бачкового типа. Горелки бачкового типа являются наиболее универсальными. Они не имеют фитилей с присущими им недостатками, менее чувствительны к качеству топлива и позволяют существенно расширить диапазон тепловой мощности. Такая горелка работает как перегонный куб, в котором подводимая жидкость, в данном случае топливо, испаряется, а пар горит. Горелки бачкового типа широко используются для поджигания топлива в печах и в системах автономного отопления небольших зданий. Зажигание и регулирование пламени в таких горелках могут осуществляться как вручную, так и автоматически.

Управление и регулирование. Для регулирования работы форсуночного устройства распылительного типа, используемого в системах отопления и теплоснабжения жилых помещений, обычно применяют термореле, которое устанавливается внутри квартиры, ограничитель, которым оборудуется водонагревательный котел, и регулятор, который обычно размещают в вытяжной трубе на выходе из бойлера или печи. Эти три устройства представляют собой минимум средств, обеспечивающих удовлетворительную работу нагревательного устройства. Комнатный терморегулятор (термореле) служит для включения отопления, когда температура воздуха в помещении опустится ниже установленной нормы, и для выключения отопления после того, как температура становится нормальной. Иногда работа термореле управляется каким-либо программным устройством, которое задает экономичный режим работы системы отопления. Ограничитель следит за тем, чтобы давление или температура в водонагревательном котле или в топке не превышали допустимых значений. В системе парового отопления ограничитель реагирует на предельно допустимую величину давления, тогда как в воздушных или водяных системах отопления он реагирует на предельно допустимую величину температуры. Регулятор системы в первую очередь используется для включения и выключения нагревательной установки в соответствии с командами управления, поступающими от комнатного термореле или ограничителя. Он также обеспечивает безопасность работы системы, отключая ее в случае возникновения каких-либо неполадок. Например, если горелка не загорается, регулятор выключит установку. После этого включить систему можно будет только вручную, нажав на кнопку или повернув рычаг, управляющий горелкой. Точно так же, если факел горения будет выходить за пределы, соответствующие нормальному режиму работы, регулятор выключит горелку, и включить ее снова можно будет только вручную. Возможно, что эти меры предосторожности никогда не понадобятся, однако они имеют первостепенное значение, гарантируя безаварийное функционирование системы. Таким образом, регулятор системы является автоматом, гарантирующим безопасность ее эксплуатации: до тех пор, пока не будут обеспечены условия нормальной работы горелки, она не сможет начать работу. Горелки капиллярного и капсульного типов предназначены для индивидуального использования и редко оборудуются автоматическими регуляторами. Их включение и выключение, а также регулирование тепловой мощности также осуществляются вручную. Многие горелки бачкового типа также не имеют системы автоматического регулирования, однако некоторые более мощные, особенно те, которые оборудуются нагнетателями воздуха, снабжаются полностью укомплектованными системами управления и регулирования, включая устройство автоматического зажигания.

См. также

КОТЕЛ ПАРОВОЙ;

ОТОПИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.

ЛИТЕРАТУРА

Пажи Д.Г., Галустов В.С. Основы техники распыливания жидкостей. М., 1984 Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки. М., 1986

Составить слова из слова форсунки и горелки